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Tópicos Avançados em Redes de Computadores 2(IN1054)

Introdução 1-1

(IN1054)Módulo I - Revisão

Fonte: kuroseAdaptações : Prof. Paulo Gonçalves

[email protected]/UFPE

IntroduçãoNosso Objetivo:� terminologia� Detalhamentos durante o curso

� abordagem:Uso da Internet

Agenda:� O que é a Internet� O que é um protocolo?� Extremidade da rede� Núcleo da redeRede de acesso, meio físico

Introdução 1-2

� Uso da Internet como exemplo

� Rede de acesso, meio físico� Internet/estrutura de um ISP� desempenho: perda, atraso� Camadas de protocolo, modelos de serviço

� Modelagem de redes

Agenda

1.1 O que é a Internet?1.2 Extremidade da rede1.3 Núcleo da rede1.4 Rede de acesso e meio físico

Introdução 1-3

1.4 Rede de acesso e meio físico1.5 Estrutura da Internet e ISPs1.6 Atraso & perda em redes de comutação de pacotes1.7 Camadas de protocolo, modelos de serviço1.8 História

O que é a Internet: infra-estrutura� Milhões de dispositivos computacionais conectados: hosts = end systems = extremidade

� execuçao de aplicações de redeenlaces de comunicação

ISP local

roteador workstationservidor

mobile

Introdução 1-4

� enlaces de comunicação� fibra, cobre, rádio, satélite� Taxa de transmissão =

banda passante

� roteadores:encaminhamento de pacotes (pedaços de dados)

Rede deuma empresa

ISP regional

Dispositivos internet interessantes

Quadro de fotografias IP http://www.ceiva.com/

Torradeira com acesso WEB +Previsão do tempo

Introdução 1-5

Menor servidor web do mundohttp://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html Telefones Internet

O que é a Internet: infra-estrutura� protocolos – controle de envio, recebimento de msgs� e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP

� Internet: “rede das redes”� Fracamanente hierárquicaInternet pública versus

ISP local

roteador workstationservidor

mobile

Introdução 1-6

� Internet pública versus intranet privada

� Padrões Internet� RFC: Request for comments� IETF: Internet Engineering Task Force

Rede deuma empresa

ISP regional

O que é a Internet: ponto-de-vista de serviço� A infra-estrutura de comunicação permite “rodar” aplicações distribuídas:� Web, email, jogos, e-commerce, compartilhamento de arquivos

� Serviços de comunicação proporcionados às aplicações:

Introdução 1-7

Serviços de comunicação proporcionados às aplicações:� Sem conexão e não confiável� Orientado à conexão confiável

O que é um protocolo?Protocolos humanos:� “que horas são?”� “Tenho uma pergunta”� Se apresentar

… msgs específicas enviadas

Protocolos de rede:� Máquinas ao invés de humanos

� Toda atividade de comunicação na Internet é governada por protocolos

Introdução 1-8

… msgs específicas enviadas… ações específicas tomadas quando msgs são recebidas ou outros eventos ocorrem

protocolos definem o formato, a ordem das

msgs enviadas e recebidas entre entidades de rede e ações tomadas sobre transmissão e recepção

de msgs

O que é um protocolo?Um protocolo humano e um protocolo de redes de computadores:

Olá

Olá

Pedido de conexão TCP

Resposta ao

Introdução 1-9

Q: Outros protocolos humanos?

OláQue horassão?14:00

Resposta ao pedido de conexãoGet http://www.cin.ufpe.br

<arquivo>tempo

Agenda


Introdução 1-10

1.4 Rede de acesso e meio físico1.5 Estrutura Internet e ISPs1.6 Atraso & perda em redes de comutação de pacotes1.7 Camadas de protocolo, modelos de serviço1.8 História

Zoom na infra-estrutura de rede:

� Extremidade da rede: aplicações e hosts

�Núcleo da rede:

Introdução 1-11

Núcleo da rede:� roteadores� Rede das redes

� Redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação

A extremidade da rede:� end systems (hosts):

� Executam programas/aplicações

� e.g. Web, email� na “extremidade da rede”

�Modelo cliente/servidor� Host cliente requisita/recebe serviços de servidores (always-

Introdução 1-12

Host cliente requisita/recebe serviços de servidores (always-on)

� e.g. Web browser/servidor; email cliente/servidor

�Modelo peer-to-peer model:� uso mínimo (ou nenhum) de servidores dedicados

� e.g. Skype, BitTorrent, KaZaA

Extremidade da redes: serviço orientado à conexãoObjetivo: transferência de dados entre end systems

� handshaking:preparação (setup) para a transferência de dados

Serviço TCP [RFC 793]� Transferência de dados confiável, em ordem� perda: acknowledgements (acks) e retransmissões

� Controle de fluxo:

Introdução 1-13

de dados� Cumprimento entre humanos

� Estabelecimento de “estado” nos dois hosts comunicantes

� TCP - Transmission Control Protocol � Serviço orientado à conexão da Internet

� Controle de fluxo:� Emissor (sender) respeitará a capacidade de recebimento de dados do receptor

� Controle de congestionamento:� emissor “reduz a taxa de envio” quando a rede está congestionada

Extremidade da rede: serviço não-orientado à conexão

Objetivo tranferência de dados entre end systems� Como antes!

� UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: Não orientado à conexão

Apps que usam TCP:� HTTP (Web), FTP (file transfer), Telnet (remote login), SMTP (email)

Apps que usam UDP:

Introdução 1-14

� Não orientado à conexão � Transferência de dados não confiável

� Nenhum controle de fluxo� Nenhum controle de congestionamento

Apps que usam UDP:� Streaming de vídeo, teleconferência, DNS, Telefonia na Internet (VoIP)

Agenda


Introdução 1-15


O núcleo da rede

� Mesh de roteadores interconectados

� a questão fundamental: como dados são transferidos através da rede?� Comutação de circuito:

Introdução 1-16

� Comutação de circuito:circuito dedicado por chamada: rede telefônica

� Comutação de pacote:dados enviados através da rede em “pequenos pedaços”

O núcleo da rede: Comutação de circuitosRecursos fim-à-fim reservados para a “chamada”

� Banda passante do enlace, capacidade de comutação

Introdução 1-17

� Recursos dedicados: não há compartilhamento

� Desempenho garantido (semelhante a um circuito)

� Estabelecimento de chamada (setup) necessário

Núcleo da rede: Comutação de circuitosRecursos de rede (e.g., banda passante) dividido em “partes”

� Partes alocadas às chamadas

� Divisão da banda passante do enlace em “partes”� Divisão de Freqüência� Divisão de Tempo

Introdução 1-18

chamadas� Parte do recurso livre (idle) se não utilizada por quem fez a chamada (sem compartilhamento)

� Divisão de Tempo

Comutação de circuitos: FDM e TDM

FDM – Frequency Division Multiplexing

freqüência

4 usuários

Exemplo:

Introdução 1-19

tempo

TDM – Time Division Multiplexing

freqüência

tempo

Outro exemplo numérico

�Quanto tempo leva para transmitir um arquivo de 640 kb de um host A a um host B através de uma rede de comutação de circuitos?Enlace de 1,536 Mbps

Introdução 1-20

� Enlace de 1,536 Mbps� O enlace usa FDM com 24 canais (frequências)� 500 ms para estabelecer um circuito fim-à-fim� Um canal é alocado para cada par comunicante

Tentem calcular!

Exemplo Numérico

�Quanto tempo leva para transmitir um arquivo de 640 kb de um host A a um host B através de uma rede de comutação de circuitos?Enlace de 1,536 Mbps

Introdução 1-21

� Enlace de 1,536 Mbps� O enlace usa TDM com 24 slots/segundo� 500 ms para estabelecer um circuito fim-à-fim� 1 slot/segundo é alocado na comunicação de A para B

Tentem calcular!

Núcleo da Rede: Comutação de pacotesCada fluxo de dados fim-à-fim é dividido em pacotes

� Pacotes dos usuários A e B compartilham recursos de rede

� Cada pacote usa a banda passante máxima do enlace Recursos são usados quando

Contenção de recursos:� Demanda agregada de recursos pode exceder a quantidade disponível

� congestionamento: fila de pacotes, espera

Introdução 1-22

� Recursos são usados quando necessário somente

de pacotes, espera para uso do enlace

� store and forward: pacotes atravessam um salto (hop) por vez� Nó recebe um pacote completo antes de reencaminhá-lo

Divisão da banda passante em “partes”

Alocação dedicadaReserva de recursos

Comutação de pacotes: Multiplexação Estatística

A

B

C100 Mb/sEthernet

1.5 Mb/s

Multiplexação estatística

Fila dos pacotes aguardando envio

Introdução 1-23

Seqüência de pacotes de A & B não possui padrão fixo (compartilhamento sob demanda) � multiplexação estatística

TDM: cada host recebe o mesmo slot em um quadro (frame) TDM.

D E

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos

� Enlace : 1 Mb/s� Cada usuário:

� 100 kb/s quando “ativo”� ativo 10% do tempo

Comutação de circuito:

Comutação de pacotes permite que mais usuários utilizem a rede!

Introdução 1-24

� Comutação de circuito: � 10 usuários

� Comutação de pacotes: � Com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos é menor que .0004

N usuáriosEnlace de 1 Mbps

Q: como se chegou ao valor 0.0004?

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos

� Bom para dados enviados em rajadas (bursty data)� Compartilhamento de recursos� simples, não requer estabelecimento de chamada

� Congestionamento excessivo: atraso dos pacotes e perdas

Quem é melhor? Comutação de pacotes?”

Introdução 1-25

perdas� Necessidade de protocolos para transferência confiável de dados, controle de congestionamento

� Q: Como prover um comportamento semelhante aos circuitos?� Garantia de bw para apps de áudio/vídeo� Problema ainda sem solução na Internet

Q: analogias humanas para a reserva de recursos (comutação de circuitos) versus alocação sob demanda (comutação de pacotes)?

Comutação de pacotes: store-and-forward

� Leva L/R seconds para transmitir um pacote de L bits no enlace (R bps)

� O pacote inteiro deve

Exemplo:� L = 7.5 Mbits� R = 1.5 Mbps

R R RL

Introdução 1-26

� O pacote inteiro deve chegar ao roteador antes de poder ser transmitido para o próximo enlace: store and forward

� atraso = 3L/R (assumindo atraso de propagação zero)

� R = 1.5 Mbps� atraso = 15 sec

Mais sobre atraso em breve …

Redes de comutação de pacotes: encaminhamento (forwarding)� Objetivo: “enviar” pacotes através dos roteadores da origem até o destino� Função do roteamento (estabelecimento de rotas)

� Rede de datagramas:� Endereço de destino no pacote determina o próximo saltoroutas podem mudar durante uma sessão

Introdução 1-27

� routas podem mudar durante uma sessão� analogia: dirigir, pedir informações

� Rede de circuito virtual:� Cada pacote carrega uma etiqueta (tag - virtual circuit ID), a tag determina o próximo salto

� Caminho fixo determinado no meomento do setup e permanece fixo durante todo o processo

� roteadores mantêm estado por “chamada”

Taxonomia de RedesRedes de

Telecomunicações

Redes de Comutaçãode Circuitos

Redes de Comutaçãode Pacotes

Introdução 1-28

FDM TDM Redes comVCs

Redes deDatagramas

• Uma rede de datagramas não é orientada à conexão nem não orientada à conexãos.• A Internet provê ambos serviços às aplicações: orientado à conexão (TCP) e não orientado à conexão (UDP).

Agenda


Introdução 1-29

1.4 Rede de acesso e meio físico1.5 Estrutura da Internet e ISPs1.6 Atraso & perda em redes de comutação de pacotes1.7 Camadas de protocolo, modelos de serviço1.8 História

Redes de Acesso e Meio físicoQ: Como conectar end systems à roteadores de borda?

� Redes de acesso residencial

� Redes de acesso institucional (escola,

Introdução 1-30

institucional (escola, empresas)

� Redes de acesso móvel

Mantenha em mente: � Banda passante (bits por segundo) da rede de acesso?

� Compartilhada ou dedicada?

Acesso residencial: acesso ponto-à-ponto� Dialup via modem

� até 56Kbps no acesso direto ao roteador (frequentemente menos)

� Impossível de navegar e telefonar ao mesmo tempo: não pode estar “always on”

Introdução 1-31

� ADSL: asymmetric digital subscriber line� até 1 Mbps upstream (hoje em dia tipicamente < 256 kbps)

� até 8 Mbps downstream (hoje em dia tipicamente < 1 Mbps)

� FDM: 50 kHz - 1 MHz for downstream4 kHz - 50 kHz for upstream0 kHz - 4 kHz for ordinary telephone

Acesso residencial: cable modems

� HFC: hybrid fiber coax� asymmetric: até 30Mbps downstream, 2 Mbps upstream

� rede de cabos e fibras que liga a casa ao roteador do ISP

Introdução 1-32

roteador do ISP� Casas compartilham acesso ao roteador

� disponível através de companhia de TV a cabo

Acesso residencial: cable modems

Introdução 1-33Diagram: http://www.cabledatacomnews.com/cmic/diagram.html

Arquitetura da Rede a cabo: Overview

Tipicamente de 500 a 5000 casas

Introdução 1-34

casa

cable headend

cable distributionnetwork (simplificado)

Tipicamente de 500 a 5000 casas

Arquitetura da rede a cabo: Overview

servidor(es)

Introdução 1-35

casa

cable headend

cable distributionnetwork


Introdução 1-36

casa

cable headend

cable distributionnetwork (simplificado)


Channels

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

DATA

DATA

CONTROL

1 2 3 4 5 6 7 8 9

FDM:

Introdução 1-37

casa

cable headend

cable distributionnetwork

Channels

Acesso para Empresas/Universidades: Redes Locais (LANs)� Redes locais (LANs – Local Area Networks) de empresas/univs conecta end system à roteadores de borda

� Ethernet:

Introdução 1-38

� Ethernet:� Enlace compartilhado ou dedicado que conecta end system e roteadores

� 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet

� LANs: + em breve

Redes de Acesso Sem Fio� acesso sem fio compartilhado conecta end systems à roteadores� via estação rádio base aka “ponto de acesso”

� wireless LANs:� 802.11b/g (WiFi): 11 Mbps/54 Mbps

� Acesso sem fio geograficamente PontoDe

roteador

Introdução 1-39

� Acesso sem fio geograficamente distribuído (wider-area wireless access)� Serviço oferecido por operador telecom

� 3G ~ 320 à 1100 kbps� GPRS/EDGE no Brasil

• Quando chegaremos lá?

Deacesso

Hosts móveis

Redes Residênciais

Componentes típicos de uma rede residencial: � ADSL ou cable modem� roteador/firewall/NAT� Ethernet� Ponto de acesso sem fio

Introdução 1-40

Ponto de acesso sem fio

Ponto de acessoSem fio

Laptopscom placa de acesso sem

fioroteador/firewall

cablemodem

de/paracableheadend

EthernetGeralmente integrados em um único equipamento

Meio Físico

� Bit: propagados entre pares de transmissores/receptores

� Enlace físico: ligação entre o transmissor e o

Par trançado (TP –twisted pair)

� 2 fios de cobre isolados� Categoria 3: fios de telefone tradicionais,

Introdução 1-41

entre o transmissor e o receptor

� Meio guiado:� sinais se propagam em meio sólido: cobre, fibra, coaxial

� Meio não guiado:� sinais se propagam livremente, e.g., rádio

telefone tradicionais, Ethernet 10 Mbps

� Category 5: Ethernet 100Mbps (4 pares trançados mas apenas 2 utilizados)

Meio Físico: coaxial, fibra

Cabo coaxial:� Dois condutores de cobre concêntricos

� bidirecional� Banda-básica:

Apenas um canal no cabo

Cabo de fibra óptica:� Fibra de vidro transportando pulsos de luz, cada pulso 1 bit

� Operação para altas velocidades:

Introdução 1-42

� Apenas um canal no cabo� legado Ethernet

� Banda-larga:� múltiplos canais no cabo� HFC (hibrid fiber-coaxial)

� Operação para altas velocidades:� Transmissões ponto-à-ponto de alta velocidade (e.g., 10’s-100’s Gbps)

� Baixa taxa de erro: repetidores ao longo da linha; imune ao ruído eletromagnético

Meio Físico: rádio

� Sinal transportado no espectro eletromagnético

� Nenhum fio “físico”� bidirecionalEfeitos do ambiente na

Tipos de enlace de rádio:� Microondas terrestre

� e.g. canais de até 45 Mbps

� LAN (e.g., Wifi)� 11Mbps, 54 Mbps

wide-area (e.g., celular)

Introdução 1-43

� Efeitos do ambiente na propagação:� reflexão� Obstrucão por objetos� interferência

� wide-area (e.g., celular)� e.g. 3G: centenas de kbps

� satélite� Canais de Kbps a 45Mbps (ou múltiplos canais menores)

� Atraso fim-a-fim de 270 ms� geossícronos versus de baixa altitude

Agenda


Introdução 1-44


Estrutura Internet: rede das redes

� aproximadamente hierárquica� no centro: ISPs “tier-1” (e.g., Embratel, MCI, Sprint, AT&T, Cable and Wireless), cobertura nacional/internacional� Tratam outros como iguais

Provedores Tier-1

Introdução 1-45

Tratam outros como iguais

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

provedoresTier-1 se interconectam privadamente (peer)

NAP

Provedores Tier-1 também se interconectam a pontos de acesso de redes públicas(network access points - NAPs)

ISP Tier-1: e.g., SprintRede backbone da Sprint US

SeattleTacoma

DS3 (45 Mbps)

OC3 (155 Mbps)

OC12 (622 Mbps)

OC48 (2.4 Gbps)

POP: point-of-presence

Introdução 1-46

Atlanta

Chicago

Roachdale

Stockton

San Jose

Anaheim

Fort Worth

Orlando

Kansas City

CheyenneNew York

PennsaukenRelayWash. DC…

De/para clientes

peering

do/para o backbone

….

………

Estrutura Internet: redes das redes� ISPs “Tier-2” : ISPs menores (geralmente regionais)

� Se conectam a um ou mais ISPs tier-1, possivelmente através de outros ISPs tier-2

Tier-2 ISPISP Tier-2 paga

ISPs Tier-2 também se

Introdução 1-47

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISPTier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

ISP Tier-2 paga ISP tier-1 para ter conectividade com o resto da Internet� ISP tier-2 é cliente do provedor tier-1

também se interligam de forma privada entre si, se interconectam na NAP

Estrutura Internet: redes das redes

� ISPs “Tier-3”e ISPs locais � Última rede de acesso (mais próxima aos end systems)

Tier-2 ISP

ISPlocalISP

localISPlocal

ISPlocal Tier 3

ISPISPs locais

Introdução 1-48

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP



Tier-2 ISP

local local

ISPlocal

ISPlocal

ISPlocal

ISPlocal

ISPs locais end tier- 3 são clientes de ISPs tier de maior hierarquia que os conecta ao resto da Internet

Rede do Campus da UMass

Introdução 1-49

Estrutura Internet: rede das redes

� Um pacote passa através de muitas redes!

Tier-2 ISP

ISPlocalISP

localISPlocal

ISPlocal Tier 3

ISP

Introdução 1-50

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP



Tier-2 ISP

local local

ISPlocal

ISPlocal

ISPlocal

ISPlocal

Provedor de Backbone Nacional (e.g. Embratel)

Introdução 1-51http://www.embratel.net.br/Embratel02/cda/portal/0,2997,MG_P_951,00.html

Enlaces Internacionais do Backbone da Embratel

Introdução 1-52http://www.embratel.net.br/Embratel02/cda/portal/0,2997,MG_P_951,00.html

Agenda


Introdução 1-53


Como ocorrem perdas e atrasos?Pacotes são enfileirados (“bufferizados”) nos roteadores� Taxa de chegada de pacotes ao enlace excede a capacidade do link de saída

� Pacotes são colocados na fila, aguardam ser transmitidos

Pacote sendo transmitido (atraso)

Introdução 1-54

A

B

Pacote sendo transmitido (atraso)

Pacotes na fila (atraso)

Espaço disponível na fila: pacotes que chegam são descartados (perda) se não há mais espaço na fila

4 fontes de atraso de pacotes

� 1. processamento no nó:� Verificação de erros (bit errors)

� Determinação do enlace de saída

� 2. fila� Tempo aguardando transmissão pelo enlace de saída

� depende do grau de congestionamento do

Introdução 1-55

A

B

propagação

transmissão

Processamentono nó fila

congestionamento do roteador

Atraso em redes de comutação de pacotes3. Atraso de transmissão:� R=banda passante do enlace (bps)

� L= tamanho do pacote (bits)

� Tempo para enviar os bits pelo enlace = L/R

4. Atraso de propagação:� d = tamanho do enlace físico� s = velocidade de propagação no meio (~2x108 m/sec)

� Atraso de propagação = d/s

Introdução 1-56

Tempo para enviar os bits pelo enlace = L/R Nota: “s” e “R” são coisas

completamente diferentes!

A

B

propagação

transmissão

Processamentono nó fila

Analogia da caravana

� Carros “se propagam” a 100 km/h

� Tempo para a caravana passar pelo 1º pedágio = 12*10 = 120 sec

pedágiopedágioCaravanade 10 carros

100 km 100 km

Introdução 1-57

100 km/h� Pedágio leva 12 sec para servir um carro (tempo de transmissão)

� carro~bit; caravana ~ pacote

� Q: Quanto tempo leva para a caravana se alinhar antes do 2º pedágio?

12*10 = 120 sec� Tempo até o último carro se propagar do 1º ao 2º pedágio: 100km/(100km/h)= 1 hr

� Resp.: 62 minutos

Analogia da caravana (continuação)

� Carros se “propagam” a 1000 km/h

� Sim! Após 7 min, 1º carro no 2º pedágio e 3 carros ainda no 1º pedágio.

pedágiopedágioCaravanade 10 carros

100 km 100 km

Introdução 1-58

1000 km/h� Pedágio leva 1 min para servir um carro

� Q: Carros chegarão ao 2º pedágio antes de todos os carros serem servidos no 1º pedágio?

ainda no 1º pedágio.� 1º bit de um pacote pode chegar ao 2º roteador antes do pacote ser completamente transmitido pelo 1º roteador!

Atraso nodal (nodal delay)

� dproc = atraso de processamento� Tipicamente poucos microsegundos ou menos

d = atraso de fila (queue)

proptransqueueprocnodal ddddd +++=

Introdução 1-59

� dqueue = atraso de fila (queue)� Depende do congestionamento

� dtrans = atraso de transmissão� = L/R é significante pata enlaces de baixa velocidade

� dprop = atraso de propagação� Poucos microsegundos a centenas de milisegundos

Atraso na Fila (revisitado)

� R=banda passante do enlace (bps)

� L=tamanho do pacote (bits)� a=taxa média de chegada de pacotes

Atraso médio na fila

Introdução 1-60

Intensidade de tráfego = La/R

� La/R ~ 0: atraso médio na fila é pequeno� La/R -> 1: atraso começa a se tornar significativo

� La/R > 1: mais “trabalho” chegando do que pode ser feito, atraso médio infinito!

Atraso, perdas e rotas na Internet “Real”� Como é o atraso e a perda na Internet “real”?� Programa Traceroute: provê medidas de atraso

� da fonte até cada roteador no caminho para o� destino. Para cada roteador i:� envia 3 pacotes que alcançarão o roteador i no caminho para o destino

Introdução 1-61

3 probes

3 probes

3 probes

para o destino� roteador i retorna pacotes para o emissor� Emissor marca tempo entre transmissão e chegada de resposta (reply)

Atrasos e rotas da Internet “Real”

1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms

traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.frThree delay measurements from gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu

Introdução 1-62

6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms17 * * *18 * * *19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms

* means no response (probe lost, router not replying)

trans-oceaniclink

Atrasos e rotas da Internet “Real”

C:\DOCUME~1\PASG>tracert www.g1.com.br

Rastreando a rota para www.g1.com.br [201.7.176.59]com no máximo 30 saltos:

traceroute: cin para www.g1.com.br3 medidas de atraso (probes)

Introdução 1-63

1 <1 ms <1 ms <1 ms bighead.cin.ufpe.br [172.17.33.254]2 3 ms 3 ms 11 ms 200.133.0.453 1 ms <1 ms <1 ms ge-2-0-0-r1-pe.bkb.rnp.br [200.143.252.241]4 9 ms 9 ms 9 ms so-1-0-0-r1-ba.bkb.rnp.br [200.143.252.37]5 28 ms 27 ms 27 ms so-0-0-0-r1-rj.bkb.rnp.br [200.143.252.34]6 33 ms 33 ms 33 ms so-0-1-0-r1-sp.bkb.rnp.br [200.143.252.21]7 48 ms 51 ms 50 ms as10429.sp.ptt.br [200.219.130.8]8 96 ms 81 ms * 200-153-6-62.bbone.tdatabrasil.net.br [200.153.6.62]9 62 ms 63 ms 65 ms 200-159-18-42.customer.tdatabrasil.net.br [200.159.18.42]10 * * * Esgotado o tempo limite do pedido.11 * * * Esgotado o tempo limite do pedido.12 129 ms 64 ms 61 ms 201.7.176.59

Rastreamento concluído.* Significa sem resposta (probe perdido, roteador não respondeu, roteador não respondeu no tempo esperado)

Perda de pacotes

� fila (buffer) precedendo enlace possui capacidade finita

�Quando pacote chega e a fila está cheia, ele é descartado (lost/perda)

Introdução 1-64

ele é descartado (lost/perda)� Pacote perdido pode ser retransmitido pelo nó anterior, pela fonte (end system) ou não ser retransmitido

Agenda


Introdução 1-65


“Camadas/Pilhas” de ProtocolosRedes são complexas! � muitas “partes”:

� hosts� roteadores� Enlaces de

Pergunta:Há alguma esperança de conseguirmos organizar

Introdução 1-66

� Enlaces de diversos tipos

� aplicações� protocolos� hardware, software

conseguirmos organizar a estrutura da rede?

Ou pelo menos a nossa discussão sobre redes?

Organização de uma viagem aérea

bilhete (compra)

bagagem (check-in)

portão (embarque)

bilhete (reclamação)

bagagem (recuperação)

portão (desembarque)

aterrissagem

Introdução 1-67

�Uma série de etapas

decolagem

Roteamento do avião(aérovias)

aterrissagem

Roteamento do avião (aérovias)

Roteamento do avião

ticket (purchase)

baggage (check)

gates (load)

runway (takeoff)

airplane routing airplane routing airplane routing

ticket (complain)

baggage (claim

gates (unload)

runway (land)

airplane routing

ticket

baggage

gate

takeoff/landing

airplane routing

Camadas na funcionalidade aérea

Introdução 1-68

airplane routing

Partida do aeroporto Chagada ao aeroportoCentros de controleintermediários de tráfego aéreo

airplane routing airplane routing airplane routing airplane routing

Camadas: cada camada implementa um serviço� Através de suas próprias ações internas� Conta com serviços providos pela camada inferior

Por que organizar em camadas?Lidando com sistemas compelxos:� Estrutura explícita permite a identificação e relacionamento das partes do sistema complexo� Modelo de referência em camadas para discussão

� modularização facilita a manutenção e atualização do sistema� Mudança da implementação do serviço de uma camada é

Introdução 1-69

� Mudança da implementação do serviço de uma camada é transparente para o resto do sistema

� e.g., mudança no procedimento no portão de embarque não afeta o resto do sistema

� Divisão em camadas pode ser considerada prejudicial?

Pilha de protocolos Internet� aplicação: dá supoorte às aplicações da rede� FTP, SMTP, HTTP

� transporte: transfefência de dados entre hosts (end systems)TCP, UDP

aplicação

transporte

rede

Introdução 1-70

� TCP, UDP

� rede: roteamento de datagramas da fonte ao destino� IP, protocolos de roteamento

� enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos� PPP, Ethernet

� física: bits “no fio”

rede

enlace

física

mansagemsegmento

datagramaquadro

fonteaplicaçãotransp.redeenlacefísica

HtHnHl M

HtHn M

Ht M

M

enlacefísica

HtHnHl M HtHnHl M

SwitchOu

Encapsumento

Introdução 1-71

destinoaplicaçãotransp.redeenlacefísico

HtHnHl M

HtHn M

Ht M

M

redeenlacefísica

HtHnHl M

HtHn M

HtHnHl M

HtHn M

roteador

Ou comutador

Agenda


Introdução 1-72


História da Internet

� 1961: Kleinrock – teoria de filas mostra a efetividade da comutação de pacotes

� 1964: Baran – comutação de pacotes em redes militares

� 1972:� Demonstração pública da ARPAnet� Primeiro protocolo host a host -NCP (Network Control Protocol)

� 1º programa de e-mailARPAnet alcança 15 nós

1961-1972: início dos princípios da comutação de pacotes

Introdução 1-73

de pacotes em redes militares

� 1967: ARPAnet concebida pela Advanced Research Projects Agency

� 1969: 1º nó operacional da ARPAnet

� ARPAnet alcança 15 nós


� 1970: rede de satélite ALOHAnet satellite no Hawaii

� 1974: Cerf and Kahn -arquitetura para interconexão de redes

� 1976: Ethernet na Xerox PARC

Princípios de interconexão de redes de Cerf e Kahn:� minimalismo, autonomia –nenhuma mudança interna necessária para interconectar redesModelo de serviço de

1972-1980: Interconexão de redes, redes novas e proprietárias

Introdução 1-74

PARC� Fim dos anos 70: arquiteturas proprietárias: DECnet, SNA, XNA

� Fim dos anos 70: comutação de pacotes de tamanho fixo (precursor ATM)

� 1979: ARPAnet atinge 200 nodes

� Modelo de serviço de melhor esforço (best effort)

� Roteadores sem estado (stateless routers)

� Controle descentralizadodefine a arquitetura atual da Internet


� 1983: desenvolvimento do TCP/IP

� 1982: definição do protocolo smtp para e-mail

� 1983: definição do DNS

� Novas redes: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel

� 100.000 hosts conectados em uma confederação de redes

1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes

Introdução 1-75

� 1983: definição do DNS para tradução de nomes para endereços IP

� 1985: definição do protocolo ftp

� 1988: controle de congestionamento TCP

redes


� Início dos anos 90: ARPAnet encerrada

� 1991: NSF aumenta restrições sobre o uso comercial da NSFnet (encerrado, 1995)

Final dos anos 90 – início de 2000:

� “killer apps”: mensagem instantânea, compartilhamento de

1990, 2000: comercialização, Web, novas aplicações

Introdução 1-76

(encerrado, 1995)� Início dos anos 90: Web

� hypertext [Bush 1945, Nelson anos 60]

� HTML, HTTP: Berners-Lee� 1994: Mosaic, Netscape� Fim dos anos 90: commercialização daWeb

compartilhamento de arquivos P2P

� Segurança de rede em destaque

� Estimação de 50 milhões de hosts, + de 100 milhões de usuários

� Enlaces do backbone oferecendo Gbps

Introdução 1-77

História da Internet Brasileira

� Objetivo: construção de uma infra-estrutura de rede Internet nacional para a comunidade acadêmica

� 1991: a rede começa a ser montada

2005:� Modernização do backbone com enlaces ópticos operando a vários gigabits por segundo

1989 – Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) cria a RNP

Introdução 1-78

montada� 1994: rede atinge todas as regiões do país

� 2000-2001: a rede é atualizada para suportar aplicações avançadas� Desde então o backbone RNP possui pontos de presença em todos os estados

Mapa do Backbone da RNPF

on

te: http

://ww

w.rn

p.b

r/backb

on

e/

Mapa atual do backbone RNP

Introdução 1-79

Fo

nte: h

ttp://w

ww

.rnp

.br/b

ackbo

ne/

Estatística de Tráfego no Backbone RNP (Pernambuco)

Introdução 1-80Fonte:http://www.rnp.br (22-10-2006)

Introdução: Sumário

Foi coberto uma tonelada de material!

� Visão geral da Internet� O que é um protocolo?� Borda e núcleo da rede, rede de acesso

Você possui agora:� contexto, visão gerale “sentimento” sobreredes

Introdução 1-81

acesso� Comutação de pacotes versus comutação de circuitos

� Estrutura Internet/ISP� desempenho: perda, atraso� Modelos de serviço e camadas� história

tópicos avançados em redes de computadores 2 (in1054)pasg/in1054/modulo-1-camadas.pdf · hfc:...

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